Семантическая оптимизация запросов СУБД

Семантическая оптимизация запросов СУБД — процесс валидации и преобразования синтаксического дерева запроса в форму, пригодную для дальнейших шагов оптимизации.

На этой стадии выполняется:

1. Преобразование запросов в каноническую форму;
   1. Раскрытие представлений;
   2. Преобразование подзапросов в соединения;
   3. Спуск предикатов
2. Упрощение условий и распределение предикатов;
3. Преобразование дерева условий в пути выборки.

Преобразование запросов в каноническую форму

Запросы приводятся в каноническую форму, то есть переписываются так, чтобы они содержали минимальное количество операторов SELECT (соединение-фильтрация-проекция). Везде, где возможно, запрос должен быть приведен к форме единственного оператора SELECT. Это может позволить последующим фазам оптимизации сгенерировать значительно более эффективный (на 2-3 порядка) план выполнения для сложных запросов.

Раскрытие представлений

Раскрытие представлений применяется для того, чтобы итоговый запрос содержал ссылки только на материализованные отношения (таблицы) и было возможным использовать конвейерную обработку данных.

Исходный запрос	Результат
select a from V where cond2 где V as select a, b from T where cond1	select a from T where (cond1 and cond2)

Преобразование подзапросов в соединения

Преобразование подзапросов в соединения необходимо для применения конвейерной обработки данных и минимизации объема результатов подзапросов, аккумулируемых во временной дисковой или в оперативной памяти.

Исходный запрос	Результат
select distinct T.a from T where T.b in (select T1.b from T1 where T1.c < T.c)	select distinct T.a from T,T1 where T.b = T1.b and T1.c < T.c

Спуск предикатов

Исходный запрос	Результат
(A join B) where condA and condB	(A where condA) join (B where condB)

Упрощение условий и распределение предикатов

Упрощение условий

Выполняется путём преобразования дерева логических операций в КНФ и упрощения полученной логической функции.

Преобразования дерева логических операций в КНФ выполняется следующим образом:

1. Для всех дизъюнкций, входящих в прямом виде, применяется распределительный закон:

P OR (Q AND R) = (P OR Q) AND (P OR R)
(P AND Q) OR R = (P OR R) AND (Q OR R)

1. Для всех дизъюнкций, входящих в инверсном виде, применяется правило де Моргана:

NOT (P OR Q) = NOT P AND NOT Q

Преобразование продолжается рекурсивно до тех пор, пока дерево не будет состоять из конъюнкций конституэнт 0.

Полученная логическая функция находится в конъюнктивной нормальной форме, но избыточна. Для упрощения применяют методы оптимизации логических функций, такие как Эспрессо (Логика) или Куайна-Мак-Класки.

Распределение предикатов

Распределение предикатов выполняется

1. для всех предикатов вида:

A.B pred C

для которых существует предикат

A.B = D.E

В результате получаем предикат

D.B pred C

где C — константа; A,D — отношения; B,E — сравниваемые атрибуты. Данное упрощение выполняется на основе предположения, что исходный предикат A.B pred C может быть эффективней для отношения D.

1. для каждого условия объединения вида:

A.B pred D.E

генерируется обратное условие

D.E inversed pred A.B

для возможности выполнить соединение в обратном порядке.

Преобразование дерева условий в пути выборки

После упрощения дерева условий каждая конъюнкция в дереве представляет собой путь выборки. Предикаты внутри конъюнкций группируются по принадлежности к отношениям. Для получения итогового результата необходимо объединить результаты каждого из путей выборки.

См. также

• Оптимизация запросов СУБД

Литература

• Дейт К. Дж. Введение в системы баз данных. 2001. Из-во: Вильямс. ISBN 5-8459-0138-3
• Конноли Т., Бегг К. Базы данных. Проектирование, реализация и сопровождение. Теория и практика. Из-во: Вильямс (М., 2003) ISBN 5-8459-0527-3
• Кимельман Михаил Леонидович. Исследование и разработка языковой подсистемы SQL сервера. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Москва 1996